對(duì)廈門機(jī)場(chǎng)一次罕見(jiàn)冬季大暴雨特征分析

沈華平 梁秋楓 王健治 劉瑞雯

（民航廈門空中交通管理站，福建 廈門 361006）

根據(jù)中國(guó)氣象局的信息顯示，2015年10月，厄爾力諾海溫距平指數(shù) （升溫幅度） 累計(jì)達(dá)到18.4 ℃，已達(dá)到極強(qiáng)厄爾力諾事件標(biāo)準(zhǔn)。在冬季，我國(guó)南部降雨增多是厄爾力諾的典型表現(xiàn)。暴雨天氣能形成嚴(yán)重自然災(zāi)害，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)重大損失，對(duì)航空飛行來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)航空公司規(guī)定：在機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)大雨的時(shí)候飛機(jī)不能起降。因此暴雨天氣，特別是短時(shí)大雨觀測(cè)和預(yù)報(bào)引起空管氣象部門的高度關(guān)注。本文通過(guò)環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)和多普勒雷達(dá)圖像等方面進(jìn)行分析，對(duì)提高對(duì)冬季暴雨的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而對(duì)今后厄爾力諾年出現(xiàn)氣候異常提供一些借鑒。

1 大尺度環(huán)流背景分析

2015年12月9日8：00 850 hPa上，入海高壓位于日本南部，華東地區(qū)均處于高壓后部偏南氣流控制，有槽線從河南經(jīng)湖北伸到廣東中北部，從菲律賓北部到閩南粵東交界有東南風(fēng)急流。700 hPa處有一只北部灣到廣東東部沿海的風(fēng)速大于等于12 m/s的西南急流，南海中北部到福建南部有一只偏南風(fēng)急流，本場(chǎng)正好處于兩只急流的交匯處，存在強(qiáng)烈的風(fēng)場(chǎng)輻合。500 hPa西太平洋副熱帶高壓 （以下簡(jiǎn)稱副高）穩(wěn)定在南海中北部，高原東部有槽線發(fā)展東移，華南處于在副高北側(cè)，為強(qiáng)盛的西南氣流控制。地面在南海中北部有低值系統(tǒng)維持，南海中北部到臺(tái)灣北部為低壓倒槽控制。

從大尺度環(huán)境場(chǎng)分析，此次暴雨形成的有利條件：高空槽和低層的低壓倒槽配合，存在天氣尺度的上升運(yùn)動(dòng)；存在低空急流，有利于長(zhǎng)時(shí)間低層暖濕平流的輸送，本場(chǎng)位于急流的前方，有明顯的水汽輻合和質(zhì)量輻合。

2 物理量場(chǎng)分析

暴雨發(fā)生在低空輻合、高空輻散，低空為正渦度區(qū)、高空為負(fù)渦度區(qū)中，在深厚層次里，有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)[1]（見(jiàn)圖1）。通過(guò)水汽通量散度、渦度、相對(duì)濕度和假相當(dāng)位溫這四種物理量來(lái)分析暴雨發(fā)生時(shí)高低空垂直結(jié)構(gòu)和動(dòng)力特征。

圖1 水汽通量散度、渦度、相對(duì)濕度、假相當(dāng)位溫時(shí)間剖面圖

水汽通量散度剖面圖中，9日8：00 500 hPa以下水汽通量散度均為負(fù)值，存在水汽輻合，20：00受冷空氣影響，850 hPa以下水汽通量散度轉(zhuǎn)為正值，水汽輻合最大值位于700 hPa，達(dá)到-33 g/（ hPa·cm2·s），因而低層水汽輻合是暴雨的主要水汽來(lái)源。

渦度剖面圖中，9日8：00 200 hPa以下為負(fù)渦度，到了傍晚低層出現(xiàn)正渦度，250 hPa為負(fù)渦度中心，正渦度20：00零線抬高到925 hPa，并維持到10日凌晨，存在深厚的上升運(yùn)動(dòng)，到10日8：00 低空轉(zhuǎn)為負(fù)渦度區(qū)，高空為正渦度區(qū)中心，轉(zhuǎn)為一直的下沉氣流，天氣趨于結(jié)束。

相對(duì)濕度剖面圖中，9日8：00 500 hPa以下相對(duì)濕度較大，20：00 850 hPa以下相對(duì)濕度減小，但500～850 hPa之間的相對(duì)濕度仍較大，有利于水汽凝結(jié)。

假相當(dāng)位溫剖面圖中，假相當(dāng)位溫隨高度增加，且低層到高層差值較小，中高層無(wú)明顯降溫，對(duì)流不穩(wěn)定能量較小。

3 雷達(dá)回波特征分析

3.1 速度場(chǎng)回波分析

在1.5°仰角速度圖中 （如圖2所示），9日9：11，低層到高層呈現(xiàn)強(qiáng)烈的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，為暖平流很強(qiáng)，低層500 m高度上，負(fù)速度中心數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正速度中心數(shù)值，存在很強(qiáng)的風(fēng)速輻合。速度圖上顯示，在測(cè)站正南方高度在3 km以上出現(xiàn)風(fēng)速為24 m/s的偏南大風(fēng)核，且負(fù)速度中心數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正速度中心數(shù)值，整層上升運(yùn)動(dòng)旺盛，同時(shí)在測(cè)站偏南50 km處速度出現(xiàn)近180°的折角，且呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明此處風(fēng)向切變很大，從折角開(kāi)始有一條西北-東南方向長(zhǎng)約150 km的零速度線，此處為中尺度切變線，并一直維持，正好位于本場(chǎng)上游，為輻合上升區(qū)。10：02開(kāi)始低層負(fù)速度區(qū)完全被正速度區(qū)包圍，呈現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)結(jié)構(gòu)，并一直維持到22：00，較大范圍的逆風(fēng)區(qū)是出現(xiàn)暴雨天氣的一個(gè)重要判據(jù)[2]。同時(shí)中層負(fù)速度區(qū)出現(xiàn)速度模糊，南風(fēng)加大，且大風(fēng)區(qū)高度下降到2.4 km，負(fù)速度中心數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正速度中心數(shù)值，該層上升氣流較強(qiáng)。

16：02，中層正負(fù)速度中心向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，負(fù)速度區(qū)出現(xiàn)速度模糊，正速度區(qū)風(fēng)速加大，低層逆風(fēng)區(qū)有所破壞，17：00重新建立，雷達(dá)中心100 km范圍等距離內(nèi)，負(fù)速度區(qū)面積大于正速度區(qū)面積，且負(fù)速度中心數(shù)值仍大于正速度中心數(shù)值，存在風(fēng)速輻合。20：02開(kāi)始低層?xùn)|北風(fēng)加大，1 km高度以下正速度中心數(shù)值大于正速度中心數(shù)值，出現(xiàn)風(fēng)速輻散，表明未來(lái)降水將趨于減弱。

圖2 9日9：11、10：02、16：02、20：02 1．5°仰角速度圖

3.2 強(qiáng)度場(chǎng)回波分析

通過(guò)組合反射率發(fā)現(xiàn)：9日全天在測(cè)站中心100 km范圍內(nèi)，有較大面積的絮狀回波，在測(cè)站的上游西南方向不斷有回波發(fā)展移到本場(chǎng)上空，形成列車效應(yīng)。反射率因子梯度不大，整體強(qiáng)度不強(qiáng)，回波組織性較差，維持35 DBZ左右，降水較為均勻。在均勻回波區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)了一些較強(qiáng)回波中心，達(dá)到48 DBZ，當(dāng)這些回波經(jīng)過(guò)本場(chǎng)上空時(shí)，降水量明顯加大，通過(guò)自動(dòng)觀測(cè)對(duì)比顯示，主要出現(xiàn)了2個(gè)較強(qiáng)的降水時(shí)段，分別為13：00～14：00和16：00～17：00，1 h降水量達(dá)到8 mm以上，為大雨標(biāo)準(zhǔn)。廈門機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)分別于11：28發(fā)布機(jī)場(chǎng)暴雨警報(bào)和15：31啟動(dòng)暴雨四級(jí)預(yù)警，為航空氣象用戶提供了可靠的決策依據(jù)。

從本場(chǎng)實(shí)況資料顯示，從9日7：00～17：00，廈門機(jī)場(chǎng)一直維持中到大雨天氣，降水量累計(jì)達(dá)到80 mm，為主要降水時(shí)段，18：00～24：00為小到中雨天氣，可能受到低層冷空氣影響，整體上升運(yùn)動(dòng)減弱。

3.3 風(fēng)廓線資料分析

從垂直風(fēng)廓線圖（ VWP） 發(fā)現(xiàn)，9日上午500 m以下高度均為偏東風(fēng)，500～3 000 m高度為南風(fēng)，3 000 m以上高度為一致的西南風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，達(dá)到90°以上，存在強(qiáng)烈暖平流，并且低空維持垂直風(fēng)切變，從0.3～1.8 km由4～14 m/s，即在低層1.5 km高度內(nèi)的水平風(fēng)垂直切變約為10 m/s。13：00開(kāi)始3 000 m高度西南風(fēng)由之前的16 m/s增加到20 m/s，2 400 m高度西南風(fēng)由之前的10 m/s增加到14 m/s，急流高度下降，本場(chǎng)降水增強(qiáng)，強(qiáng)降水天氣的發(fā)生與低空急流的迅速加強(qiáng)和向下擴(kuò)展相對(duì)應(yīng)[3]。

從16：30開(kāi)始，低層?xùn)|北風(fēng)由4 m/s增加到10 m/s，此時(shí)冷空氣剛從低層入侵，起“冷楔”作用，反而使得低層暖濕空氣的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展，有利于降水加強(qiáng)。隨著冷空氣不斷補(bǔ)充，高度逐漸抬高1 500 m，低層暖濕氣流減弱，3 000 m高度西南氣流旺盛，仍存在一定的上升氣流，但降水較白天明顯減弱。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 這次大暴雨過(guò)程在有利的天氣背景條件下產(chǎn)生的，高空槽、低壓倒槽和低空急流是影響天氣系統(tǒng)的主要因素。

（2） 暴雨主要發(fā)生在較深厚的暖濕氣團(tuán)中，存在明顯的低層水汽輻合，假相當(dāng)位溫隨高度減小不明顯，表現(xiàn)為對(duì)流不穩(wěn)定條件要求不高。

（3） 分析雷達(dá)速度場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生時(shí)觀測(cè)到有利于暴雨發(fā)展的中尺度切變線，中低空均出現(xiàn)急流，速度場(chǎng)上對(duì)應(yīng)有大范圍逆風(fēng)區(qū)。

（4） 分析雷達(dá)強(qiáng)度場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，此次暴雨過(guò)程表現(xiàn)為大范圍塊狀降水回波，強(qiáng)度弱、回波組織性較差，受逆風(fēng)區(qū)的作用，出現(xiàn)了回波增強(qiáng)現(xiàn)象，伴有降水增大。

（5） 通過(guò)風(fēng)廓線資料分析得知，暴雨出現(xiàn)低層垂直風(fēng)切變，主要表現(xiàn)在風(fēng)向的變化上，低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)達(dá)到90°以上，降水加強(qiáng)與低空急流高度下降期間密切相關(guān)。